Nachdem die Mission Ionospheric Connection Explorer (ICON) viele wichtige Erkenntnisse über die Grenze zwischen Erdatmosphäre und Weltraum geliefert hatte, ist sie nun zu Ende. ICON wurde im Oktober 2019 gestartet und wurde nach Erfüllung seiner zweijährigen Missionsziele im Dezember 2021 noch ein weiteres Jahr als verlängerte Mission betrieben.
„Die ICON-Mission hat ihrem Namen alle Ehre gemacht“, sagte Joseph Westlake, Direktor der Abteilung für Heliophysik am NASA-Hauptsitz in Washington. „ICON hat nicht nur seine primären Missionsziele erfolgreich abgeschlossen und übertroffen, sondern auch wichtige Erkenntnisse über die Ionosphäre und das Zusammenspiel zwischen Weltraum- und Erdwetter geliefert.“
Der SYMBOL Die Raumsonde untersuchte einen Teil der äußersten Atmosphärenschicht unseres Planeten, die sogenannte Ionosphäre. Von dort aus untersuchte ICON, welche Ereignisse die Ionosphäre beeinflussen, darunter das Wetter auf der Erde von unten und das Weltraumwetter von oben.
Die Ionosphäre ist die unterste Grenze des Weltraums und liegt zwischen 55 und 360 Meilen über der Erdoberfläche. Sie besteht aus einem Meer ionisierter Partikel, einer Mischung aus positiv geladenen Ionen und negativ geladenen Elektronen, die als Plasma bezeichnet wird. Diese Grenze des Weltraums ist eine dynamische und geschäftige Region, in der viele Satelliten – darunter die Internationale Raumstation – stationiert sind und über die Funkkommunikation und GPS-Signale übertragen werden.
Sowohl Satelliten als auch Signale können durch die komplexen Wechselwirkungen von terrestrischem und Weltraumwetter gestört werden. Das Studium und Verständnis der Ionosphäre ist entscheidend für das Verständnis des Weltraumwetters und seiner Auswirkungen auf unsere Technologie.
Die ICON-Mission hat beispiellose Daten über die Ionosphäre gewonnen, indem sie direkte Messungen des geladenen Gases in ihrer unmittelbaren Umgebung sowie Bilder eines der erstaunlichsten Phänomene der Ionosphäre – des Luftleuchtens – erstellt hat.
ICON verfolgte die bunten Bänder auf ihrer Bewegung durch die Ionosphäre. Das Nachthimmelsleuchten entsteht durch einen Prozess, der dem der Aurora ähnelt.. Allerdings tritt das Luftleuchten auf der ganzen Welt auf, nicht nur in den nördlichen und südlichen Breiten, wo Polarlichter normalerweise zu finden sind. Obwohl das Luftleuchten normalerweise schwach ist, wurden die Instrumente von ICON speziell dafür entwickelt, selbst das schwächste Leuchten einzufangen, um ein Bild der Dichte, Zusammensetzung und Struktur der Ionosphäre zu erstellen.
Durch das Prinzip der Dopplerverschiebung konnten ICONs empfindliche Bildgeber auch die Bewegung der Atmosphäre erfassen, während diese leuchtete. „Das ist, als würde man die Geschwindigkeit eines Zuges messen, indem man die Veränderung der Tonhöhe seiner Hupe erkennt – aber mit Licht“, sagte Thomas J. Immel, Leiter der ICON-Mission an der University of California in Berkeley. Die Mission wurde speziell für diese technisch schwierige Messung konzipiert.
Eine neue ionosphärische Perspektive
Die umfassende Sicht der ICON-Mission auf die obere Atmosphäre lieferte den Wissenschaftlern wertvolle Daten, die sie in den kommenden Jahren entschlüsseln werden. Die Messungen zeigten beispielsweise, wie die 2022 Vulkanausbruch Hunga Tonga-Hunga Ha’apai gestörte elektrische Ströme in der Ionosphäre.
NASAs ICON, hier in einer künstlerischen Konzeption dargestellt, untersuchte die Grenzen des Weltraums, die dynamische Zone hoch oben in unserer Atmosphäre, wo das irdische Wetter von unten auf das Weltraumwetter von oben trifft. Bildnachweis: NASA/Goddard/Conceptual Image Lab
„ICON konnte die Geschwindigkeit des Vulkanausbruchs erfassen, sodass wir direkt sehen konnten, wie er die Bewegung geladener Teilchen in der Ionosphäre beeinflusste“, sagte Immel. „Dies war ein klares Beispiel für den Zusammenhang zwischen tropischem Wetter und der Struktur der Ionosphäre. ICON hat uns gezeigt, wie Dinge, die im irdischen Wetter passieren, in direktem Zusammenhang mit Ereignissen im Weltraum stehen.“
Ein anderer wissenschaftlicher Durchbruch waren ICONs Messungen der Ionenbewegung in der Atmosphäre und ihrer Beziehung zu den magnetischen Feldlinien der Erde. „Das war wirklich einzigartig“, bemerkte Immel. „ICONs Messungen der Ionenbewegung in der Atmosphäre haben unser Verständnis des Verhaltens in der Ionosphäre wissenschaftlich grundlegend verändert.“
Mit der Hilfe von ICON können Wissenschaftler besser verstehen, wie diese Interaktionen einen Prozess namens Ionosphärischer DynamoDer Dynamo, der am unteren Rand der Ionosphäre liegt, blieb jahrzehntelang ein Rätsel, da er schwer zu beobachten ist.
ICON lieferte die erste konkrete Beobachtung der Winde, die den Dynamo antreiben, und wie diese das Weltraumwetter beeinflussen. Unberechenbare Winde auf der Erde bewegen Plasma in der Ionosphäre und schicken die geladenen Teilchen in den Weltraum oder stürzen auf die Erde zu. Dieses elektrisch geladene Tauziehen zwischen der Ionosphäre und den elektromagnetischen Feldern der Erde wirkt wie ein Generator und erzeugt komplexe elektrische und magnetische Felder, die sowohl die Technologie als auch die Ionosphäre selbst beeinflussen können.
„Das hatte noch nie jemand zuvor gesehen“, sagte Immel. „ICON hat endlich und schlüssig eine experimentelle Bestätigung der Winddynamo-Theorie geliefert.“
Visualisierung von ICON, das die Erde umkreist und Messungen der Windgeschwindigkeit (grüne Pfeile) sowie der Ionenfluktuation und -richtung (rote Linien) an den geomagnetischen Feldlinien (violette Linien) vornimmt. Wenn der Wind seine Richtung ändert, ändert sich die Ionenfluktuation und strömt nach unten. Bildnachweis: NASA’s Scientific Visualization Studio/William T. Bridgman
Ein ikonisches Erbe
Am 25. November 2022 hat das ICON-Team Kontakt verloren mit dem Raumschiff. Die Kommunikation mit dem Raumschiff konnte nicht hergestellt werden, selbst nachdem ein Power-Cycle-Reset mithilfe eines eingebauten Befehlsverlust-Timers durchgeführt wurde. Obwohl das Raumschiff intakt bleibt, konnten andere Fehlerbehebungstechniken den Kontakt zwischen dem ICON-Raumschiff und den Missionsbetreibern nicht wiederherstellen.
„Das Vermächtnis von ICON wird durch die bahnbrechenden Erkenntnisse, die es während seiner aktiven Zeit lieferte, und die riesigen Datenmengen aus seinen Beobachtungen weiterleben, die weiterhin neue wissenschaftliche Erkenntnisse hervorbringen werden“, sagte Westlake. „ICON dient als Grundlage für künftige neue Missionen.“